Yersel Oyulmalar İle İlgili Literatür Özeti

Yersel oyulma problemleri üzerine çok sayıda teorik ve deneysel çalışmalar yapılmıştır. Geometrik parametreler ile sediment taşınımı parametreleri arasındaki fonksiyonel bağıntı bir oyulmadan diğerine değiştiğinden ve bu parametreler

arasındaki ilişkilerin oldukça karmaşık olmasından dolayı, gerek matematiksel gerekse fiziksel modelleme tam olarak sağlanamamaktadır [1].

Aşağıda düşüm yataklarının sonundaki oyulmalar hakkında yapılmış olan önemli çalışmalar özetle sunulmuştur.

Aksoy [33], “Yüksek düşülü barajların dolusavağı mansabında kaya tabandaki yersel oyulmalar” hakkında bir çalışma yapmıştır. Bu çalışmada jetin hidrolik karakteristiklerine, mansap suyuna ve kaya blokların özelliklerine bağlı olarak bir oyulma derinliği bağıntısı geliştirilmiştir.

Yıldız [34], “Barajların mansabındaki oyulmalar” hakkında bir çalışma yapmıştır. Bu çalışmada oyulmanın şiddetinin gelen debinin büyüklüğüne ve yapının sekline bağlı olduğu görülmüştür.

Şentürk [35], “Barajların projelendirilmesinde hidrolik esaslar” hakkında bir çalışma yapmıştır. Bu çalışmada oyulma olayının iki şekilde gerçekleştiğini ifade ederek yersel oyulmalar hakkında bilgi vermiştir.

Tuna [23], “Geçirimli zeminlerde hareketli bağlama inşaatı ve Türkiye’deki hareketli bağlamalar” hakkında bir çalışma yapmıştır. Bu çalışmada oyulma denklemlerine yer vererek oyulma uzunlukları ve maksimum oyulma derinliği hakkında bilgiler sunulmuştur.

Schoklitsch [27], “Oyulma” hakkında ilk deneysel çalışmaları yapmıştır. Bu çalışmalarda mansap su yüksekliğini dikkate almaksızın sabit bağlama için oyulma derinliğini elde etmiştir.

Eggenberger [39], “Oyulma uzunlukları” hakkında bir çalışma yapmıştır. Bu çalışmada oyulma uzunluklarının iki kısımdan meydana geldiğini esas alarak oyulma uzunlukları için eşitlikler vermiştir.

Veronese [37], “Oyulma derinliği” hakkında bir çalışma yapmıştır. Bu çalışmada, oyulma derinliği hesabı için dikkate alınan birçok parametre arasından en önemlilerini birim debi ve toplam su yükü olarak tespit etmiştir.

Hartung ve Husler [36], “Jet enerjisinin sönümüne bağlı olarak oyulma derinliği” hakkında bir çalışma yapmışlardır. Bu çalışmada, yapmış oldukları deneylere dayanarak dairesel enkesitli jetlerin difüzyon olayını kapsayan teorinin 𝑦 ≈ 20𝐷₀ derinliğine kadar geçerli olduğunu saptamışlardır.

Cola [1], “Jet enerjisinin sönümüne bağlı olarak oyulma derinliği” hakkında bir çalışma yapmıştır. Bu çalışmada, yapmış olduğu laboratuvar çalışmalarına göre

dikdörtgen enkesitli jet halinde difüzyon olayının teorik olarak incelenebileceği bölge için y≈40B0 olarak kabul edilmiştir.

Martins [40], “Serbest düşen bir jetin küpsel bloklardan oluşan tabandaki oyma derinliği” hakkında bir çalışma yapmıştır. Bu çalışmada jetin düştüğü andaki yatayla yaptığı açı (𝛼), 40-70 arasında değişmiş ve bunun sonuca pratik etkisi görülmemiştir.

Gunko vd. [41], “Savak sırtından sıçrayan bir jetin nehir tabanında oyma derinliği” hakkında bir çalışma yapmışlardır. Bu çalışmada laboratuvar incelemelerine dayanılarak yüksek düşülü barajların mansabındaki hidrolik rejim ve kaya zeminlerdeki yersel oyulmalar incelenmiş, su yapılarının boyutlandırılması amacıyla hız katsayısı, dolusavak akımının havalanma derecesi, sıçrayan jetin düşme mesafesi ve çatlaklı kaya zeminler için oyulma çukurunun boyutlarını saptamak için bağıntılar verilmiştir.

Yıldız ve Üzücek [42], “Dolusavak sıçratma esiğinden çıkan jetlerin oluşturduğu oyulma derinliğinin hesaplanması” hakkında bir çalışma yapmışlardır. Bu çalışmada şütlü ve sıçratma eşikli dolusavaklardan mansaba bırakılan akımın oluşturacağı oyulma derinliği basit bir eşitlik ile ifade edilmiştir.

Gijs, Hoffmans ve Pilarczyk [43], “ Hidrolik yapıların mansabında yersel oyulma” adlı bir çalışma yapmışlardır. Bu deneysel çalışmada oyulmanın gelişimi ve taşınma mekanizmasını incelemişler ve maksimum oyulma derinliği için bir takım amprik formüller vermişlerdir.

Shalash [44], “Batık veya serbest yüzeyli hidrolik sıçramanın oyulmaya etkisi”

hakkında bir çalışma yapmıştır. Bu çalışmada eşiksiz bir platforma doğru çıkan bir kapak altı akımının platform sonunda oluşturacağı oyulma derinliği için çeşitli eşitlikler saptamıştır.

Rubinstein [45], “Yüksek düşülü barajların kanal yataklarındaki yersel oyulmalar” hakkında bir çalışma yapmıştır. Bu çalışmada prototip gözlemlerine dayanarak kaya tabanlı nehir yataklarındaki oyulmalar için eşitlikler elde etmiştir.

Hay ve White [46], “Hava girişinin düşü havuzunun performansına etkisi”

hakkında çalışma yapmışlardır. Bu çalışmalarda, akıma hacim olarak %15-20 oranında karışan havanın, eşikli bir düşü havuzu mansabındaki oyulmaları %5 ile %10 arasında azalttığı sonucu elde edilmiştir.

Çataklı, Özal ve Tandoğan [47], “Düşü havuzu sonundaki oyulmalar” hakkında bir çalışma yapmışlardır. Bu çalışmada, hem eşikli hem de eşiksiz düşü havuzlar için

eşitlik verilmiştir. Ayrıca bu çalışmada oyulmalara karsı düşü havuzu enkesitine havuz tabanından yukarıya doğru yerleştirilen kirişlerin etkisi de araştırılmıştır.

Studenichikov [48], “Oyulma derinliği” hakkında bir çalışma yapmıştır. Bu çalışmada özellikle jetin yanal açılımından dolayı oyulma derinliğindeki azalmayı dikkate almaktadır.

Mirtsskhulava [49], “Kohezyonsuz zeminlerdeki ve kaya zeminlerdeki bölgesel ve genel oyulmaların yöntem ve hesapları” hakkında bir çalışma yapmıştır. Bu çalışmada, oyulma derinliği ve jet giriş genişliğini veren eşitlikler elde etmiştir.

Taraimovich [50], “Kaya temeller üzerindeki yüksek düşülü dolusavakların altında bulunan kanalların deformasyonları” hakkında bir çalışma yapmıştır. Bu çalışmada, dolusavağın işletmesinden sonra maksimum oyulma derinliğinin, maksimum debinin geçtiği 2-7 mevsim arasında oluşacağını iddia etmiştir. Bunun yanı sıra bir mevsim boyunca oluşan maksimum oyulma derinliğinin, toplam oyulma derinliğinin %27’si ile %67’si arasında değiştiğini ileri sürmüştür.

Gunko ve Soloviova [51], “Yüksek düşülü barajların dolusavakları altındaki nehir yataklarındaki yersel oyulmalar ve hidrolik rejim” hakkında bir çalışma yapmışlardır. Bu çalışmada, sıçratma ucundan çıkan ve yörüngesi boyunca planda yayılan bir jetin oluşturduğu oyulma derinliğindeki azalma oranı için bir formül belirlemişlerdir.

Chian [52], “Barajların mansabındaki oyulmalar” hakkında bir çalışma yapmıştır. Bu çalışmada, prototipteki 6 adet oyulmayı inceleyerek basit bir eşitliğe ulaşmıştır. Nehir yatağı malzemesi ile mansap suyu seviyesi ve dalma açısı gibi diğer bazı parametrelerin oyulma üzerine etkisini ihmal etmiştir.

Martins [53], “Serbest düşülü jetlerin kaya zeminlerde oluşturduğu oyulma derinliği” hakkında bir çalışma yapmıştır. Bu çalışmada, deneyler özellikleri zaman göre değişmeyen ve hava karışımsız kompakt bir jet ile dikdörtgen enkesitli bir kanal içinde yapılmış ve tabana bloklar yerleştirilmiştir.

Mason ve Arumugan [54], “Barajlarda serbest jetlerle oyulma” hakkında bir çalışma yapmışlardır. Bu çalışmada, 47 model çalışması ve 26 prototip ölçümden elde ettikleri veriler ile prototip için bir bağıntı geliştirmişlerdir.

Cömert [55], “Keban Barajı dolusavak iyileştirilmesi” hakkında bir çalışma yapmıştır. Bu çalışmada Keban Barajı dolusavak düşüm yatağında meydana gelen oyulmalar ve dolusavak düşüm yatağının oyulmalara karşı korunması için yapılan yapılar hakkında bilgi verilmiştir.

Husler [56], “Kariba Barajı mansabında meydana gelen oyulmalar” hakkında bir çalışma yapmıştır. Bu çalışmada yapılan kaba hesaplar ve tahminler herhangi bir tedbir öngörülmezse oyulma çukurunun derinliğinin 80m’yi bulacağını göstermiştir.

Emiroğlu ve Tuna, 2010 yılında “Kaskatların Mansabındaki Oyulma Profilleri”

adlı bir makale yayınlamışlardır. Bu makalede; kaskatların mansabındaki boyut düşüklüğünü değerlendirmek, prosedürleri daraltmak ve basitleştirmek için çalışmalar yaptıklarını belirtmişlerdir. Basamaklı kanallarda ve kaskatlarda oksijen transferi, havalandırma ve enerji dağılımı hakkında birçok çalışmaları bulunduğundan bahsetmişlerdir. Basamaklı kanalların mansap oyulmaları ve onların mansap oyulma deliklerinin geometrisine az ilgi gösterilmiştir. Oyulmanın denge durumundaki delik profili, oyulmanın maksimum derinliğinin değeri, oyulma holünün yeri ve uzunluğu ile alakalı ölçümler yapmışlardır. Basamak şekli, basamak kanal açısı, mansap su seviyesi, dinlendirme havuzunun toprak tipi, oyulma derinliğinin belirlenmesindeki önemli parametreler olduğunu belirtmişlerdir [57].

Emiroğlu ve Tuna, 2009 yılında “Basamaklı Kanalların Mansap Oyulmalarının Kuyruksuyu Derinliğinin Etkileri” adlı bir makale yayınlamışlardır. Bu makalede;

kademeli kanalların mansabındaki yerel oyulmaların kuyruksuyu derinliğinin etkisinin deneyimsel çalışmalarını yaptıklarını belirtmişlerdir. Farklı kuyruksuyu derinlikleriyle oyulma karakteristikleri arasında kıyaslama yapılmaktadır. Maksimum oyulma derinliğini tahmin eden ampirik formüller geliştirmişlerdir. Bundan dolayı, maksimum oyulma derinliği için kesin denklemler sunulmaktadır [58].

Chanson, 2007 yılında “Alt Çıkıştaki Serbest Yüzey Havalandırması ve Momentum Değişimi” adlı bir makale yayınlamıştır. Daha düşük nap akımında, hız dağıtımının başarılı bir şekilde modellendiğinden ve hız alanının iki yönlü dalga akımındaki benzerliğinin bulunduğundan bahsetmiştir. Deney sonuçlarının iki farklı akış bölgesinin altını çizdiğini ve kenara yakın olan akım momentum transferi tarafından baskılandığını söylemektedir. Hava kabarcıkları difüzyonu ve momentum değişimi arasında güçlü bir yarış yaşandığını belirtmiştir [38].

Kökpınar ve Göğüş’ün 2002 yılında yazdıkları “Su Havalandırıcısı Üzerindeki Yüksek Hızlı Jet Akış” adlı makalede; su havalandırıcısı üzerindeki yüksek hızlı jet akışının özelliklerini deneysel veriler kullanılarak incelemişlerdir. Üç farklı rampa tasarımını, yatak eğimi sırasıyla 0, 0.17 ve 0.57 olarak ayarlanan bir kanal için test etmişlerdir. Araştırmanın ana odağı, havalandırıcının etkisi ve su jeti içindeki hava

başka bir araştırmacının topladığı verileri de kullanarak kapsamlı bir veri analizi yapmışlardır. Jet uzunluğunun boyutsuz parametreleri, havalandırıcı kavitesi alt basıncı değeri ve su jetinin alt ve üst kısmındaki havalanma oranı ile alakalı deneysel ilişkiler elde edilmişlerdir. Havalandırmanın alt tarafındaki ölçek etkisini ve havalandırıcı kavitesi alt basınç değerini kabul etmişler ve Emborcaçao, Foz do Areia ve Keban Barajlarının havalandırıcı prototip ölçümleriyle iyi bir korelasyon belirlediklerini vurgulamışlardır. Etki bölgesindeki yeterli hava sürtünmesiyle, aşırı basınç dalgalanmaları olabileceğinden bahsetmişlerdir [29].

Kökpınar ve Çelik, 2002 yılında “Deriner Barajı Tünelli Dolusavak Havalandırıcıları Büyük Ölçekli Hidrolojik Model Çalışmaları” adlı bir makale yayınlamışlardır. Bu makalede; Deriner Barajı tünelli dolusavaklarının hidroliği ve havalandırıcıların performansları, 1/20 ölçekli model çalışmalarından elde edilen veriler kullanılarak incelenmiştir. Model üzerinde deneyler yürütülmüştür. Bu deneyler sırasında, akım içerisinde ölçülen hava konsantrasyon değerlerini kullanarak, havalandırıcıların optimum faydayı sağlamasına yönelik dolusavak üzerinde yer belirleme çalışmaları da yapılmıştır. Tasarlanmış havalandırıcının etkin bir şekilde çalışmadığı görülmüştür. Bu nedenle orijinal projenin, havalandırıcının yeri ve geometrisi bakımından değiştirilmesi ihtiyacı doğmuştur. Hava konsantrasyon değişimlerini veren grafikler incelendiğinde, yeni yerleştirilen havalandırıcının daha etkin bir şekilde çalıştığı görülmüştür. Yapılan ön çalışmalarda, ayrıca, ikinci bir havalandırıcının daha membaya yerleştirilmesinin daha iyi sonuçlar vereceği gözlemlenmiştir [59].

Yıldız ve Üzücek, 1996 yılında (İMO Teknik Dergi’ye) “Dolusavak Sıçratma Eşiğinden Çıkan Jetlerin Oluşturduğu Oyulma Derinliklerinin Hesaplanması” adlı bir makale vermişlerdir. Bu makalede; şütlü ve sıçratma eşikli dolusavaklardan mansaba bırakılan akımın oluşturacağı oyulma derinliği bir denklem ile ifade edilmiştir.

Önerilen denklem Veronese formülü temel alınarak bulunmuş olup jetin çarpma açısı ve prototipten elde edilen oyulma derinliklerinden de yararlanılmıştır. Bazı araştırmacılar jetin mansap suyuna çarpma açısının oyulma derinliğinin hesabında önemli bir parametre olduğunu ve bu parametrenin önerilen eşitliklerde yer alması gerektiğini ileri sürmüşlerdir. Bu yaklaşım göz önüne alınarak Veronese tarafından önerilen eşitlik şütlü ve sıçratma eşikli dolusavaklardan çıkan jetlerle oluşan oyulmaların daha sağlıklı bir şekilde hesaplanabilmesi amacıyla jetin çarpma açısını da içerecek şekilde yeniden düzenlemişlerdir [60].

Chanson, 1995 yılında, “Dolusavak Havalandırıcılarının Arkasındaki Boşluk Dolum Tahmini” adlı bir makale yayınlamıştır. Bu makalede; su yüzeylerindeki kavitasyon zararı havalandırma aygıtlarının kullanımıyla önlenebileceğinden bahsetmektedir. Bunların, kavitasyon erozyonunu azaltmak için, kanal dibine yakın yüzeylerin içine hava pompolamaya devam edeceğini söylemektedir. Bazı koşullar altında havalandırıcı, dolusavak yüzeyini korumayı durduracak bir kavitasyon jenaratörü görevi görür. Bu makalenin, dolum şartlarını analiz ettiğinden söz etmektedir [61].

Chanson, 1993 yılında “Dolusavaktaki Alt Havalandırma Aletlerindeki Havalandırma ve Hava Boşaltımı” adlı bir makale yayınlamıştır. Bu makalede;

havalandırma ve çarpma bölgelerinde meydana gelen havalandırma ve hava boşaltımı olaylarından bahsetmiştir. Modeller üzerinden sağlanan hava yoğunluğu verisinin tekrar analiz edilmesinin, çarpma bölgesinin sonundaki akım çeşitlilikleri üzerinde bilgi sağladığından söz etmiştir. Bu sonuçlar; Chanson tarafından geliştirilen metodu kullanan mansap akım hesaplarının bulunmasını sağlar [62].

Aydın, 2005 yılında “Alttan Alışlı Dolusavak Havalandırıcıların CFD Analizi”

başlıklı bir doktora tezi yapmıştır. Tezinde; orta ve yüksek düşülü barajların dolusavakları yüksek hızlı akımlara ve bununla birlikte kavitasyon olayının yıkıcı etkisine maruz kalabileceğini vurgulamıştır. Yüksek hızlı akımlarda kavitasyonal aşınmayı önlemek için alışılagelmiş yöntem havalandırıcı aygıtlar kullanılmaktadır.

Dolusavak havalandırıcıların gelişmesine büyük ölçüde fiziksel model deneyleri öncülük ettiğini belirtmiştir. Fakat son zamanlardaki hesaplamalı yöntemlerdeki gelişmelerle birlikte ileri sayısal modeller fiziksel modellere karşı önem kazandığını söylemiştir. Batık havalandırıcı durumunu engellemek, daha uniform bir hava karşımı sağlamak için, “Alttan Alışlı Havalandırıcı” diye adlandırılan bir havalandırıcı kullanılmış ve bu havalandırıcının performansını belirlemek için Fluent yazılımıyla, üç boyutlu CFD modelleri kullanılarak data analizi yürütüldüğünü ve yüksek korelasyonlarla bazı faydalı bağıntılar elde edildiğini vurgulamıştır. [63]

Yılmaz, 2014 yılında “Eğimli Yüzeyli Köprü Yan Ayaklarında Oyulmayı Önleyici Yatay Plaka Uygulaması” başlıklı bir yüksek lisans tezi yapmıştır. Temiz su oyulması koşulları altında 70 deney yapmıştır. Deneylerde, düz dikdörtgen bir kanalın karşılıklı iki yanına yerleştirilen köprü yan ayakları etrafında farklı derinliklerde yerleştirilmiş olan farklı genişliklerdeki yatay plakalarla oyulma miktarındaki

farklı daralma oranlarında oluşan koşulları da incelemiştir. Bu şekilde oyulmayı azaltacak olan optimum yatay plaka konfigürasyonu ve ayak üzerindeki yeri farklı daralma oranları için belirlenmiştir. Plaka uygulamasının oyulmayı azaltmada ve köprü yan ayağını oyulmaya karşı korumada etkili bir yöntem olduğu sonucuna ulaşılmıştır [64].

Koçak, 2013 yılında yaptığı YL çalışmasında; “Su Jetinden Dolayı Oluşan Oyulma Derinliği Üzerinde Zemin Malzeme Tabakası Kalınlığının Etkisi” başlıklı bir tez yapmıştır. Kanal akımı tabanını oluşturan kohezyonsuz zemin malzemesi tabakasında (kum yastığında) su jetinin oluşturduğu oyulmanın derinliği üzerinde söz konusu zemin tabakası kalınlığının etkisi araştırmıştır. Jetin oluşturduğu oyulmayı etkileyen boyutsuz büyüklükler boyut analizi yöntemiyle bulunmuş ve aralarındaki bağıntıyı bulmak için deneyler yapılmıştır. Deney neticeleri göstermiştir ki zemin malzeme tabakası kalınlığı arttıkça su jetinin bu tabakada oluşturduğu oyulmanın en büyük derinliği artmakta olduğu görülmüştür. Bunun sebebi, tabaka kalınlığı artınca jet akımının zemin malzeme tabakası (kum yastığı) içerisine girdirdiği hava kabarcıklarının tabakanın alt derinliklerine doğru ilerlemesi ve yüzdürme (kaldırma) kuvvetleri nedeniyle yukarı doğru yaptıkları yükselme hareketleri sırasında kum tanelerine uyguladıkları atalet kuvvetleri ve dinamik etkiler nedeniyle kum tanelerini yerlerinden kolayca oynatıp sökerek askıya geçirmeleridir. Eğer kum tabakasının (sediment yastığının) kalınlığı belirli bir sınır değerinden büyük olursa oyulma derinliği değişmeyip sabit kalmaktadır. Su jeti tarafından oluşturulan oyulmanın en büyük derinliği üzerinde kum yastığı kalınlığının bir miktar etkisi var olmakla birlikte söz konusu etkinin aşırı büyük olmadığı görülmüştür [65].